JP2011071927A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コントローラー140は、動作モード制御信号が全画素モードを指定している場合には、全ての画素から順次信号を読み出し、動作モード制御信号が間引きモードを指定している場合には、フィールド毎に読み出し位置を変えて、異なった画素から信号を読み出すように制御し、信号処理部150は、動作モード制御信号が全画素モードを指定している場合、単一のフィールドのフィールドデータに対して信号処理を行ってフレームデータとして出力し、動作モード制御信号が間引きモードを指定している場合、複数のフィールドのデータを加算処理して、フレームデータとして出力する。
【選択図】図1
Description
たとえば、デジタルスチルカメラで動画を撮影したり、逆にカムコーダーで静止画を撮像したりするなどの機能が一般的になってきている。
さらに一部のデジタルスチルカメラや携帯電話などでは、低解像度の撮像時にフレームレートを向上させ、従来は見ることができなかった高速の動きを撮像する機能を搭載している。
この方法では、フレーム毎に読み出す画素を変えることで、サンプリングの位相と周波数を異ならせ、モアレを低減する。
さらに、間引きモードでは、偶数行と奇数行とでサンプリングする画素の重心がずれてしまうが、特許文献1ではその点に関しては考慮されておらず、重心を補正する処理が別途必要になるという不利益がある。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施形態(撮像装置の第1の構成および機能)
2.第2の実施形態(撮像装置の第2の構成および機能)
3.第3の実施形態(撮像装置の第3の構成および機能)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
光電変換部120、読み出し回路130、サンプリングコントローラー140、信号処理部150は、半導体素子として1チップにまとめても良いし、複数チップに分けても良い。
動作モードは、撮像装置100の外部から入力される動作モード制御信号300によって切り替えられる。
本撮像装置100は、間引きモード時、光電変換部120からフィールド毎に異なったデータを取得し、それらを加算処理することでフレームのデータを生成して出力する。
光電変換部120は、たとえばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどにより構成される。
光電変換部120は、M行×N列のマトリクス状に配置されたM×N個の画素を有する。
この画素は、たとえば入射する光量に応じた電荷を発生するフォトダイオードからなる光電変換素子を有する。
マトリクス状に配置された画素の前面には、分光透過率が異なるカラーフィルターを規則的に配列したカラーフィルタアレイが配置される。
カラーフィルタアレイは、たとえばRGBのカラーフィルターで構成したベイヤー配列(後述する図3や図4等参照)やCMYGのカラーフィルターからなる補色フィルタを用いることができる。
サンプリングコントローラー140は、動作モード制御信号300が全画素モードを指定している場合には、全ての画素から順次信号を読み出す。
それに対して動作モード制御信号300が間引きモードを指定している場合には、サンプリングコントローラー140は、フィールド毎に読み出し位置を変えて、異なった画素から信号を読み出す。
たとえば、M行の内1/4の行を読み出すV1/4間引きモードにて2フィールド毎に読み出し位置を変える場合、サンプリングコントローラー140は、次の処理を行う。
すなわち、この場合、サンプリングコントローラー140は、フィールド2aでは4x行からデータを読み出し、フィールド2a+1では4x+2行から信号を読み出す。
ここで、a、xは任意の整数である。
読み出し回路130は、サンプリングコントローラー140からの制御信号CTLに従い、特定の列から電気信号を読み取り、AD変換して、フィールドデータ200として出力する。
もしくは、読み出し回路130は、サンプリングコントローラー140からの制御信号CLTに従い、すべての列から電気信号を読み取り、AD変換して、特定の列の信号のみをフィールドデータ200として出力しても良い。
信号処理部150は、加算処理部151とメモリ152を有し、動作モード制御信号300によって、複数フィールドのフィールドデータ200を加算処理して出力するか否かを切り替える。
信号処理部150は、動作モード制御信号300が全画素モードを指定している場合、信号処理部は単一のフィールドのフィールドデータ200に対してのみ信号処理を行い、フレームデータ210として出力する。
これに対して、信号処理部150は、動作モード制御信号300が間引きモードを指定している場合、信号処理部は複数のフィールドのデータを加算処理して、フレームデータ210として出力する。
さらに間引きモードでは、信号処理部150の加算処理部151は、メモリ152に保存された、もしくは読み出し回路130から出力された複数のフィールドデータ200を加算処理する。
読み出し位置をm(mは任意の整数)フィールド毎に変える場合、加算処理部151はm枚のフィールドデータ200を加算して1枚の画像データを生成する。
このとき、メモリ152は少なくともm−1枚分のフィールドデータ200を保存する必要がある。
本撮像装置100の加算処理では、nフィールドのフィールドデータ200から、1〜n−(m−1)フレーム分のフレームデータを得ることができる。
この加算処理では、nフィールドのフィールドデータ200から、フレームデータ210を何フレーム分得るかは、必要なフレームレート等から自由に決めることができる。
図2(A)および(B)読み出し位置を2フィールド毎に変える(m=2)場合について示している。
フレームnのフレームデータFMnは、フィールドnのフィールドデータFLnとフィールドn−1のフィールドデータFLn−1を加算処理して生成されている。
同様に、フレームn+1のフレームデータFMn+1は、フィールドデータFLn+1とFLnを加算処理して生成されている。
フレームnのフレームデータFMnは、フィールドデータFL2nとFL2n+1を加算処理して生成されている。
同様に、フレームn+1のフレームデータFMn+1は、フィールドデータFL2(n+1)とFL2(n+1)+1を加算処理して生成されている。
すなわち、フレームデータFM2nのX行Y列のデータをFMD2n(X,Y)は、フィールドデータFL2nのX行Y列のデータをFLD2n(X,Y)とすると、{FMD2n(X,Y)=FLD2n−1(X,Y)+FLD2n(X,Y)}となる。
ここでは、M行の内1/4の行と、N列の中の1/4の列を読み出すH1/4V1/4間引きモードにて、2フィールド毎に読み出し位置を変える(m=2)場合を例に説明する。
図3(A)は2nフィールドの、図3(B)は2n+1フィールドの読み出しアドレスをそれぞれ示している。
ここでnは任意の整数である。
ここで、i,jは、4x(2j+1)+3<M、4x(2i+1)+3<Nを満たす任意の整数である。
また、2n+1フィールドでは、4x2j+2行および4x(2j+1)+1行と、4x2i+2列および4x(2i+1)+1列の交点に位置する画素から信号を読み出している。
以上のように、本撮像装置100は、間引きモード時、フィールド毎に偶数行2j行および偶数列2i列の画素の読み出し位置を変更する。
偶数列2i行には画素の4x2i列、奇数列2i+1列には画素の4(2i+1)+1列のデータが出力される。
偶数列2i行には画素の4x2i+2列、奇数列2i+1列には画素の4(2i+1)+1列のデータが出力される。
たとえば、フィールド2nについて見てみると、フィールドデータの偶数行2nには画素の4x2j行のデータが出力されているのに対して、奇数行2n+1には画素の4(2i+1)+1行のデータが出力されており、サンプリングの重心が1画素分ずれている。列方向についても同様である。
そのため、全画素モードと同様にフィールドデータの偶数行と奇数行とが等ピッチであることを前提として信号処理を行ってしまうと、処理後の画像にジャギが発生してしまう。
よって、フィールドデータのFL2nとFL2n+1の偶数行2jを足し合わせると、行方向のサンプリングの重心が画素の行アドレスの4x2j+1になる。
一方、フィールドデータのFL2n、FL2n+1共に奇数行2j+1行に出力されている画素の行アドレスは4x(2j+1)+1であり、加算処理後も重心は変わらない。
以上から、フレームデータFM2n+1のk行目(kは0<4k<Mを満たす任意の整数)のサンプリングの重心は偶数行、奇数行共に4k+1になり、行による重心のずれが無くなる。
よって、フィールドデータのFL2nとFL2n+1の偶数行2iを足し合わせると、列方向のサンプリングの重心は画素の列アドレスの4x2i+1になる。
一方、フィールドデータのFL2n、FL2n+1共に奇数行2i+1列に出力されている画素の列アドレスは4x(2j+1)+1であり、加算処理後も重心は変わらない。
以上から、フレームデータFM2n+1のl列目(Lは0<4l<Nを満たす任意の整数)のサンプリングの重心は偶数列、奇数列共に4l+1になり、列による重心のずれが無くなる。
たとえば、画素がフォトダイオードを用いて電気信号を発生しており、読み出し位置を2フィールド毎に変える(m=2)場合について説明する。
簡単にするためにフィールド2nと2n+1で各画その出力値が等しくSFDであり、ノイズがNFDであるとする。
ここで加算処理後の信号をSFM、ノイズをNFMとすると、SFM=2SFD、NFM=((NFD)2+(NFD)2)1/2=21/2NFD=(2SFD)1/2となる。
ここで加算処理前と後とでS/N比を比較すると、加算前のS/N比はSFD/NFD=(SFD)1/2、加算処理後のS/N比はSFM/NFM=2SFD/(2SFD)1/2=(2SFD)1/2となり、加算処理後にS/N比が21/2倍向上していることがわかる。
図6は、読み出し位置を2フィールド毎に変える(m=2)場合について示している。横軸は時間、縦軸は画素の行アドレスを示している。
本実施形態では、フィールド2nと2n+1の奇数行2i+1行で、同じ画素の行アドレス4(i+1)+1から信号を読み出している。
そのため、各画素の電気信号をリセットしてから信号を読み出すまでの蓄積時間Teは、1フィールドの長さであるフィールド期間Tfよりも短い必要がある。
これにより、各行における画素のサンプリングの重心を一定にして、ジャギを低減することができる。
また、複数フィールドを加算してフレームデータを生成することでS/N比を向上し、画質を改善することができる。
本発明の第2の実施形態に係る撮像装置の全体構成は、第1の実施形態と同様、図1の構成を採用することができる。
本撮像装置100Aは、間引きモード時、光電変換部120からフィールド毎に異なったデータを取得し、それらを加算処理することでフレームのデータを生成して出力する。
第2の実施形態においても、本撮像装置100Aは、複数のフィールドデータ200を加算処理してフレームデータを生成する。
また、第1の実施形態と同様に、フレームデータを生成する際、本撮像装置100Aは、フィールドデータの同一のアドレスのデータ同士を加算処理する。
図7は、M行の内1/4の行と、N列の中の1/4の列を読み出すH1/4V1/4間引きモードにて、2フィールド毎に読み出し位置を変える(m=2)場合の例を示している。
図7の例では、フィールド2nのフィールドデータFD2nの偶数行2i行に対しては画素の行アドレス4x2jから信号を読み出し、奇数行2i+1行に対しては画素の行アドレス4x2j+3から信号を読み出している。
一方、フィールド2n+1のフィールドデータFD2n+1の偶数行2i行に対しては画素の行アドレス4x2j+2から信号を読み出し、奇数行2i+1行には画素の行アドレス4x(2j+1)+3から信号を読み出している。
M行×N列に配置された画素の中から、4x2j行および4x2j+3行と、4x2i列および4x(2i+1)+1列の交点に位置する画素からの信号を読み出している。
ここで、i,jは、4x(2j+1)+3<M、4x(2i+1)+3<Nを満たす任意の整数である。
ここで、フィールドデータFL2nの偶数列2i行には画素の4x2i列、奇数列2i+1列には画素の4(2i+1)+1列のデータが出力される。
そして、フィールドデータFL2n+1の偶数列2i行には画素の4x2i+2列、奇数列2i+1列には画素の4(2i+1)+1列のデータが出力される点は、第1の実施形態と同様である。
各画素のアドレスを(画素の列アドレス、画素の行アドレス)と示すことにする。
R画素について見てみると、フィールド2nでは(4x2i、4x2j)の画素を読んでいる。これに対して、フィールド2n+1では(4x2i+2、4x2j+2)の画素を読んでいる。
G画素では、フィールド2nでは(4x2i、4x2j+3)および(4x(2i+1)+1、4x2j)の画素を読んでいる。これに対して、フィールド2n+1では(4x2i+2、4x(2j+1)+3)および(4x(2i+1)+1、4x2j+2)の画素を読んでいる。
さらにB画素では、フィールド2nでは(4x(2i+1)+1、4x2j+3)の画素を読んでいる。これに対して、フィールド2n+1では(4x(2i+1)+1、4x(2j+1)+3)の画素を読んでいる。
一方、奇数行2i+1行の重心は、フィールド2nの画素の行アドレスが4x2i+3、フィールド2n+1の画素の行アドレスが4x(2i+1)+3であることから、画素の行アドレスの4x(2i+1)+1になる。
以上から、フレームデータFM2n+1のk行目(kは0<4k<Mを満たす任意の整数)のサンプリングの重心は偶数行、奇数行共に4k+1になり、行による重心のずれが無くなる。
よって、フィールドデータのFL2nとFL2n+1の偶数行2iを足し合わせると、列方向のサンプリングの重心は画素の列アドレスの4x2i+1になる。
一方、フィールドデータのFL2n、FL2n+1共に奇数行2i+1列に出力されている画素の列アドレスは4x(2j+1)+1であり、加算処理後も重心は変わらない。
以上から、フレームデータFM2n+1のl列目(Lは0<4l<Nを満たす任意の整数)のサンプリングの重心は偶数列、奇数列共に4l+1になり、列による重心のずれが無くなる。
なお、各フィールドにおける画素の読み出しアドレスは、m枚のフィールドデータを加算したときに、各行、列の重心が揃う様に選択すればよく、図3から図5の例に限定されるものではない。
第2の実施形態では、加算する複数のフィールド間で異なった画素から信号を読み出す。そのため各画素では、複数のフィールドにまたがって信号を蓄積することができる。
たとえば、mフィールド毎に読み出し位置を変え、m個のフィールドデータを加算処理して1枚のフレームデータを生成する場合、1つのフィールドの期間とTf、各画素の蓄積時間をTeとすると、Teは0<Te<m×Tfの範囲に設定することができる。
図9は、読み出し位置を2フィールド毎に変える(m=2)場合について示している。図9において、横軸は時間、縦軸は画素の行アドレスを示している。
以上から、行アドレス0に位置する画素のリセットは、フィールド2nの先頭から、フィールド2n+2の先頭で行うことができる。
そのため、各画素の電気信号をリセットしてから信号を読み出すまでの蓄積時間Teは、最大でフィールド期間Tf×2まで設定することができる。
フィールドTfを長くすることでも最大の蓄積時間を伸ばすことはできるが、フレームレートが低下してしまう。
すなわち、フレームレートを一定に保ったまま、最大の蓄積時間を増やすことができる。
これにより、各行における画素のサンプリングの重心を一定にして、ジャギを低減することができる。
また、複数フィールドを加算してフレームデータを生成することでS/N比を向上し、画質を改善することができる。
さらに、加算処理を行うフィールド間で完全に異なった画素から信号を読み出すことで、最大の蓄積時間をフィールド期間Tfより長くすることができる。すなわち、フレームレートを一定に保ったまま、最大の蓄積時間を増やすことができる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
第3の実施形態では、間引きモード時に、フィールドデータの中の同色の複数の画素データを加算して重心を揃え、フレームデータを作成する。
本発明の第3の実施形態に係る撮像装置の全体構成は、第1の実施形態と同様、図1の構成を取ることができる。
サンプリングコントローラー140は、動作モード制御信号300が全画素モードを指定している場合には、全ての画素から順次信号を読み出す。
これに対して、サンプリングコントローラー140は、動作モード制御信号300が間引きモードを指定している場合には、画素の行または列を間欠的に選択し、一部の画素から信号を読み出す。
また、読み出し回路130は、第1の実施形態と同様、サンプリングコントローラー140からの制御信号CTLに従い、特定の列から電気信号を読み取り、AD変換して、フィールドデータ200として出力する。
もしくは、読み出し回路130は、サンプリングコントローラー140からの制御信号に従い、すべての列から電気信号を読み取り、AD変換して、特定の列の信号のみをフィールドデータ200として出力しても良い。
信号処理部150は、加算処理部151とメモリ152を有し、動作モード制御信号300によって、フィールドデータ200の中の複数の画素データを加算処理して出力するか否かを切り替える。
図10は、第3の実施形態において、H1/4V1/4間引きモードにて、2画素を加算処理する場合の例を示している。
ここで、フィールドデータ200の各画素のアドレスを(画素の列アドレス、画素の行アドレス)示すことにする。
信号処理部150では、この2つの画素を加算処理し、フレームデータ210の(2i、2j)のデータとして出力する。
さらにG画素では、(4x2i、4x2j+3)と(4x2i+2、4x(2j+1)+3)とを加算処理する。そして、フレームデータ210の(2i、2j+1)のデータを、(4x(2i+1)+1、4x2j)と(4x(2i+1)+1、4x2j+2)とを加算処理して、フレームデータ210の(2i+1、2j)のデータを出力する。
また、B画素では、4x(2i+1)+1、4x2j+3)と(4x(2i+1)+1、4x(2j+1)+3)とを加算して、フレームデータ210の(2i+1、2j+1)のデータを出力する。
たとえば、フレームデータ210の(2i、2j)に出力されるR画素では、サンプリングの重心は(4x2i+1、4x2j+1)になっている。
また、フレームデータ210の(2i+1、2j+1)に出力されるB画素では、(4x2(i+1)+1、4x2(j+1)+1)になっている。
すなわち、フレームデータのk行目(kは0<4k<Mを満たす任意の整数)のサンプリングの重心は偶数行、奇数行共に4k+1になる。l列目(Lは0<4l<Nを満たす任意の整数)のサンプリングの重心は偶数列、奇数列共に4l+1になり、行、列による重心のずれが無くなる。
なお、フィールドデータにおける画素の読み出しアドレスは、複数の画素を加算した時に、各行、列の重心が揃う様に選択すればよく、図10の例に限定されるものではない。
また、第3の実施形態においても第1の実施形態と同様、複数の画素データを加算処理してフレームデータ210を生成しておりS/N比を向上することができる。
本撮像装置100Bにおける、蓄積時間Teは、第1の実施形態同様、フィールド期間Tfよりも短い必要がある。
これにより、各行における画素のサンプリングの重心を一定にして、ジャギを低減することができる。
また、複数フィールドを加算してフレームデータを生成することでS/N比を向上し、画質を改善することができる。
さらに行毎に順次加算処理を行うことができるので、メモリ152に必要とされるサイズが1行分と小さくすることができる。
本願発明の第1の実施形態における撮像装置によれば、間引きモード時に、読み出し位置を変えた複数のフィールドデータ200を加算処理してフレームデータ210を生成する。
これにより、各行における画素のサンプリングの重心を一定にして、ジャギを低減することができる。
また、複数フィールドを加算してフレームデータを生成することでS/N比を向上し、画質を改善することができる。
これにより、各行における画素のサンプリングの重心を一定にして、ジャギを低減することができる。
また、複数フィールドを加算してフレームデータを生成することでS/N比を向上し、画質を改善することができる。
さらに加算処理を行うフィールド間で完全に異なった画素から信号を読み出すことで、最大の蓄積時間をフィールド期間Tfより長くすることができる。
すなわち、フレームレートを一定に保ったまま、最大の蓄積時間を増やすことができる。
これにより、各行における画素のサンプリングの重心を一定にして、ジャギを低減することができる。
また、複数フィールドを加算してフレームデータを生成することでS/N比を向上し、画質を改善することができる。
さらに行毎に順次加算処理を行うことができるので、メモリ152に必要とされるサイズが1行分と小さくすることができる。
Claims (7)
- 複数の画素がマトリクス状に配列された画素部と、
上記画素部で発生したアナログ信号を変換処理してフィールドデータとして出力する読み出し回路と、
動作制御モード信号に応じて上記画素部のいずれの画素から信号を読み出すかを制御するコントローラーと、
上記読み出し回路から出力されるフィールドデータに対して信号処理を行い、フレームデータとして出力する信号処理部と、を有し、
上記コントローラーは、
上記動作モード制御信号が全画素モードを指定している場合には、全ての画素から順次信号を読み出し、
上記動作モード制御信号が間引きモードを指定している場合には、フィールド毎に読み出し位置を変えて、異なった画素から信号を読み出すように制御し、
上記信号処理部は、
上記動作モード制御信号が全画素モードを指定している場合、単一のフィールドのフィールドデータに対して信号処理を行ってフレームデータとして出力し、
上記動作モード制御信号が間引きモードを指定している場合、複数のフィールドのデータを加算処理して、フレームデータとして出力する
撮像装置。 - 上記信号処理部は、
複数フィールドのフィールドデータにおいて、同じ座標に位置するデータの加算もしくは加算平均を全ての画素について行うことによって、複数の画像データから1枚の画像データを生成する
請求項1記載の撮像装置。 - 上記信号処理部は、
上記動作モード制御信号が間引きモードを指定している場合において、読み出し位置をm(mは任意の整数)フィールド毎に変える場合、m枚のフィールドデータを加算して1枚の画像データを生成する
請求項1または2記載の撮像装置。 - 上記信号処理部は、
上記動作モード制御信号が間引きモードを指定している場合、各行、列のサンプリング重心が揃うように、複数のフィールドのデータの加算処理を行う
請求項1から3のいずれか一に記載の撮像装置。 - 各フィールドにおける画素の読み出しアドレスは、複数枚のフィールドデータを加算したときに、各行、列のサンプリング重心が揃うように選択されている
請求項1から4のいずれか一に記載の撮像装置。 - 上記コントローラーは、
上記信号処理部で加算する複数のフィールド間で、別のアドレスに位置する画素からデータを読み出すように制御する
請求項1から5のいずれか一に記載の撮像装置。 - 上記信号処理部は、
記動作モード制御信号が間引きモードを指定している場合において、フィールドデータの中の複数の画素データを加算する処理を行うことにより、各行、列のサンプリング重心を揃える
請求項1から6のいずれか一に記載の撮像装置。
Priority Applications (7)
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